Sistemas Distribuídos: Conceitos e Projeto Estilos Arquitetônicos e Arquitetura Cliente/Servidor

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1 Sistemas Distribuídos: Conceitos e Projeto Estilos Arquitetônicos e Arquitetura Cliente/Servidor Francisco José da Silva e Silva Laboratório de Sistemas Distribuídos (LSD) Departamento de Informática / UFMA 28 de maio de 2013 Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

2 Agenda 1 Estilos Arquitetônicos 2 Modelo Cliente/Servidor 3 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor 4 Questões de Projeto de Aplicações Servidoras Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

3 Estilos Arquitetônicos Estilos Arquitetônicos Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

4 Estilos Arquitetônicos Estilos Arquitetônicos A arquitetura do software define como os vários componentes que o compõe devem ser organizados e como devem interagir. Layer N Object Object Request flow Layer N-1 Response flow Object Method call Layer 2 Layer 1 Object Object (a) (b) Figura: (a) Em camadas (b) Baseada em objetos Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

5 Estilos Arquitetônicos Estilos Arquitetônicos Arquitetura em Camadas Um componente da camada L i tem permissão para chamar componentes da camada L i 1 mas não o contrário; O controle flui de camada para camada: requisições descem pela hierarquia, resultados fluem para cima. Arquitetura Baseada em Objetos Cada objeto corresponde a um componente e esses componentes são conectados por meio de chamadas a métodos remotos; Se ajusta a arquitetura de sistemas cliente-servidor. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

6 Estilos Arquitetônicos Estilos Arquitetônicos Component Component Component Component Event delivery Data delivery Publish Event bus Publish Shared (persistent) data space Component (a) (b) Figura: (c) Baseado em eventos (c) Baseado nos dados Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

7 Estilos Arquitetônicos Estilos Arquitetônicos Arquitetura Baseada em Eventos Processos se comunicam por meio de propagação de eventos, que eventualmente transportam dados; Associado, em geral, a sistemas publicar/subscrever; Processos são fracamente acoplados. Arquitetura Centrada nos Dados Processos se comunicam por meio de um repositório comum; Sistemas baseados na Web são em grande parte centrados nos dados. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

8 Modelo Cliente/Servidor Modelo Cliente/Servidor Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

9 Modelo Cliente/Servidor Introdução ao Modelo Cliente/Servidor Uma questão fundamental em sistemas distribuídos é a definição de como devemos organizar os processos; Um modelo bastante popular organiza os processos em clientes que requisitam serviços de servidores. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

10 Modelo Cliente/Servidor Comunicação Cliente Servidor Através de um protocolo simples sem conexão Utilizado quando a rede é razoavelmente confiável, como a maioria das LANs; Vantagem: eficiência; Desvantagem: dificuldades de tornar a aplicação resistente a falhas de transmissão; Se o cliente não recebe resposta, ele não tem como detectar se a mensagem original foi perdida ou se isto ocorreu com a resposta; O cliente pode reenviar a requisição; Para requisições como retorne o saldo da minha conta isto não gera problemas mas para mensagens do tipo transfira ,00 da minha conta o reenvio da requisição seria desastroso. Através de protocolo confiável orientado a conexão Desvantagem: desempenho relativamente baixo; Funciona muito bem em WANs; Exemplo: praticamente todas as aplicações na Internet utilizam conexões TCP/IP. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

11 Modelo Cliente/Servidor Exemplo CS: Arquivo de Cabeçalho Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

12 Modelo Cliente/Servidor Exemplo CS: um Servidor Simples Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

13 Modelo Cliente/Servidor Exemplo CS: um Cliente Simples Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

14 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

15 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Camadas de uma Aplicação Uma aplicação CS pode ser estruturada em três níveis: 1 Interface com o usuário 2 Processamento 3 Dados Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

16 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Camada de Interface com o Usuário Consiste dos programas que permitem a interação dos usuários com a aplicação; Pode ser muito simples, utilizando uma interface a caractere simples ou mais sofisticado utilizando interfaces gráficas; Exemplo simples: interface de terminal onde o mainframe controla toda a interação incluse o monitor e teclado; Exemplo sofisticado: Interface de sistema que permite ao usuário arrastar o ícone que representa o arquivo para uma lixeira provocando sua exclusão. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

17 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Camada de Processamento Contêm a funcionalidade principal da aplicação; Exemplo: uma ferramenta de busca na Internet; Ela deve transformar a string que o usuário digitou em uma ou mais consultas a um grande banco de dados e formatar os resultados obtidos em páginas HTML a serem apresentadas para o usuário. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

18 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Exemplo: Ferramenta de Busca Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

19 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Camada de Dados Na sua forma mais simples consiste de um sistema de arquivos mas é comum que sejam utilizados banco de dados; Além de apenas armazenar dados pode também também tratar sua consistência e realizar funções como gerar uma notificação quando uma dada condição ocorrer; Estas ações são muitas vezes implementadas através de stored procedures. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

20 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Um Segundo Exemplo Considere um sistema de suporte à decisão para uma corretora de valores: Uma camada frontal implementa a interface com o usuário; Uma camada de dados armazena os dados financeiros; Uma camada de processamento realiza a análise dos dados, o que eventualmente exige métodos e técnicas sofisticados de estatística e inteligência artificial. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

21 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Arquiteturas Multidivididas A distinção entre os três níveis lógicos sugere várias possibilidades para a distribuição física de uma aplicação C/S; A organização mais simples requer apenas dois tipos de máquinas: 1 Cliente: que executa os programas que compreendem a interface com o usuário; 2 Servidor: que implementa as camadas de processamento e de dados. Esta organização é conhecida como Cliente/Servidor em duas camadas; No entanto, diversas outras arquiteturas podem ser utilizadas. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

22 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Possíveis Organizações Cliente/Servidor Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

23 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Alternativas de Organização Cliente/Servidor (a) Na alternativa (a), executa-se no cliente só a parte da interface dependente do terminal; Na alternativa (b), todo o software de interface com usuário executa no cliente; Exemplo da alternativa (c): verificação de consistência do preenchimento de um formulário feito no cliente; Na alternativa (d), a aplicação executa na máquina cliente, indo para o servidor somente as operações sobre as base de dados. Exemplo: muitas aplicações bancárias; Na alternativa (e), o disco local no cliente mantêm parte dos dados. Exemplo: browser web mantendo uma cache; Recentemente tem-se evitado as alternativas (d) e (e) devido a problemas de gerenciamento e por tornar o sofware cliente dependente da plataforma subjacente do cliente; Clientes gordos (abordagens (d) e (e)); Clientes magros (abordagens (a) a (c)): mais fáceis de gerenciar. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

24 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Arquitetura em Três Camadas A divisão vista anteriormente apresenta diversas possibilidades de distinção entre máquinas clientes e servidoras; No entanto, um servidor pode também agir como cliente, resultando em uma arquitetura em três níveis: Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

25 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Arquitetura em Três Camadas Nesta arquitetura, programas que formam o nível de processamento residem em um servidor separado; Um exemplo típico é o processamento de transações, onde o monitor de transações coordena as transações em servidores de dados possivelmente diferentes; Outro exemplo é a organização usual de sites na Web, onde o servidor Web age como ponto de entrada para um site, passando requisições para um servidor de aplicação no qual ocorre o processamento propriamente dito. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

26 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Servidores de Aplicação São softwares que fornecem uma infraestrutura de serviços para a execução de aplicações distribuídas; São executados em servidores e são acessados pelos clientes através de uma conexão de rede; Vantagem: simplificam o desenvolvimento de aplicações através dos serviços implementados, fazendo com que os desenvolvedores possam concentrar a maior parte do tempo na implementação da lógica de negócio; Serviços típicos: integração com bancos de dados, segurança, garantia de disponibilidade, balanceamento de carga e tratamento de exceções; Exemplos: WebLogic Server (BEA), JBoss (Red Hat), WebSphere Application Server (IBM), JRun (Adobe), Apache Geronimo (Apache Software Foundation), Oracle OC4J (Oracle Corporation), Sun Java System Application Server (Sun Microsystems), Glassfish, Appaserver, Base4 e Zope. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

27 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Distribuição Horizontal A distribuição do modelo CS em múltiplas camadas vista anteriormente é conhecida por distribuição vertical; O modelo CS pode também ser distribuído horizontalmente, dividindo-se o cliente ou servidor em partes logicamente equivalentes; Um exemplo popular é um servidor Web replicado em várias máquinas de forma a prover um balanceamento da carga de trabalho. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

28 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Distribuição Horizontal de Servidor Web Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

29 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Cluster de Servidores Conjunto de máquinas conectadas por uma rede de alta largura e baixa latência onde cada máquina executa um ou mais servidores; Normalmente organizado logicamente em três camadas: 1 Comutador: responsável pelo roteamento das requisições de clientes; 2 Servidores de aplicação / computação; 3 Sistema distribuído de arquivos / banco de dados. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

30 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Cluster de Servidores Logical switch (possibly multiple) Application/compute servers Distributed file/database system Client requests Dispatched request First tier Second tier Third tier Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

31 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Comutadores de Camada de Transporte O comutador aceita requisições de conexão TCP; Ele identifica o melhor servidor para tratar a requisição e repassa o pacote a ele; O servidor enviará a resposta ao cliente requisitante, mas insere o endereço IP do comutador como endereço fonte no cabeçalho do pacote IP, realizando uma falsificação (spoofing). Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

32 Distribuição Horizontal e Vertical do Modelo Cliente/Servidor Comutadores de Camada de Transporte Logically a single TCP connection Response Server Client Request Switch Request (handed off) Server Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

33 Questões de Projeto de Aplicações Servidoras Questões de Projeto de Aplicações Servidoras Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

34 Questões de Projeto de Aplicações Servidoras Organização de Servidores Servidor interativo: o próprio servidor manipula a requisição e, se necessário, retorna uma resposta ao cliente; Servidor concorrente: repassa para uma thread ou processo em separado a requisição e imediatamente espera pela próxima requisição. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

35 Questões de Projeto de Aplicações Servidoras Vinculação Cliente-Servidor Através de portas conhecidas designadas pela Autoridade para Atribuição de Números na Internet (Iana). Ex: FTP-21, HTTP-80 Através de um daemon que registra os servidores em execução; Através de um superservidor, que escuta em várias portas e repassa a requisição a um servidor específico. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

36 Questões de Projeto de Aplicações Servidoras Vinculação Cliente-Servidor Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

37 Questões de Projeto de Aplicações Servidoras Interrupção do Servidor Exemplo: usuário deseja interromper a transferência de um enorme arquivo para o servidor FTP; Uma abordagem é o usuário sair abruptamente da aplicação cliente, o que automaticamente interromperá a conexão com o servidor; O servidor encerrará a conexão antiga, entendendo que o cliente falhou; Esta prática é muito adotada na Internet atual... Outra alternativa é permitir o envio de dados fora da banda; Neste caso o servidor pode escutar em uma porta de controle separada da qual passam os dados normais. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

38 Questões de Projeto de Aplicações Servidoras Servidores Com e Sem Estado 1 Sem Manter Estado: Não é mantida nenhuma informação a respeito dos clientes e suas requisições; Exemplo: um servidor Web tipicamente não armazena estado. Após a requisição ser processada, o servidor Web esquece completamente do cliente; Cada requisição deve ser auto-contida; Fácil recuperação em caso de falha. 2 Mantendo Estado: O servidor mantêm informações persistentes sobre seus clientes; Exemplo: um servidor de arquivo que sabe quais clientes possuem quais arquivos abertos; Normalmente leva a um melhor desempenho na execução das operações disponibilizadas; Em caso de falha, deve-se recurar o estado do servidor. Francisco Silva (UFMA/LSD) SD: Conceitos e Projeto 28 de maio de / 38

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